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放顶煤液压支架的应力测试及有限元分析掩护式液压支架顶梁及掩护梁受力分析、仿真毕业论文、期刊

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Instructor : Cao Chunling
ABSTRACT
Hydraulic support ,the key equipment for fully mechanized coal mining surface ,is playing an important role in supporting the roof ,maintaining the working space and transporting working surface and mining machine .As the key factor of coal mining, the research of hydraulic support has a very important significance for the development of coal mining mechanization. Through the finite element analysis and stress test in the testing ground for the type of ZF10500/20/36 hydraulic support,analyze the static strength of hydraulic support .Under the standard of general specification of hydraulic support, test the stress of the hydraulic support in these easily damaged working conditions which include base torsion,top beam with offset load and top beam torsion and obtain a lot of practical data. The paper use Pro/E to build the three dimensional model of caving hydraulic support, and use ABAQUS to analyze the static strength stress of the whole hydraulic support. Study on the building,simplification,assembling, choosing unit type, meshing , treating boundary conditions and analysis of external load in-depth of three dimensional model Through the finite element software ,analyze the static strength stress for the type of ZF10500/20/36 hydraulic support,obtain the stress distributions and the dangerous parts under following three conditions : base torsion,top beam with offset load and top beam torsion, and obtain the stress of dangerous parts on the hydraulic support. Then compare the data with the actual measured data in the same condition,provide a theoretical reference for the design and analysis of the hydraulic support, and achieve the aims of shorten the design cycle and reduce costs.
学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书
本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文 工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注 明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。
学位论文作者签名：
指导教师签名：
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论文题目：放顶煤液压支架的应力测试及有限元分析 专 业：机械电子工程 （签名） （签名）
硕 士 生：秦润泽 指导教师：曹春玲
摘
要
液压支架在综采机械化采煤中起到支护顶板、 维护作业空间和推移工作面的采煤机 以及运输机的作用，是综采工作面的关键设备。作为煤炭综采的关键因素，对液压支架 的研究对采煤综合机械化的发展有着非常重要的意义。 本文通过对 Z F 1 0 5 0 0 / 2 0 / 3 6 型放顶煤液压支架进行有限元分析和现场应力测试，对 其进行了静强度分析。以液压支架通用技术条件为标准，在液压支架容易受损的底座扭 转、顶梁偏载、顶梁扭转工况下对液压支架进行了应力测试，获取了可靠的数据。 本文利用 Pro/E 软件对放顶煤液压支架进行三维实体建模，利用 ABAQUS 软件对 液压支架进行静强度应力分析。并对液压支架的三维实体模型的建立、模型的简化、装 配、单元类型的选择、网格的划分、边界条件的处理和载荷的施加等进行了研究。 通过有限元软件对 ZF10500/20/36 型液压支架的静强度进行有限元分析，得出了支 架在底座扭转、顶梁偏载、顶梁扭转等三种不同边界条件下的液压支架的应力分布情况 和危险部位；针对液压支架危险部位所受的应力。然后与同种工况下实际测得的数据进 行比较分析，为液压支架的设计和分析提供理论参考，以达到缩短设计周期，降低成本 的目的。
学 位 论 文 独 创 性 说 明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取 得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或 集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机 构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：
Key words: Caving Hydraulic Support
Finite Element Analysis
Stress Test
Stress Analysis
Thesis
: Application Research
目录
目
录
1 绪论 ...................................................................................................................................1 1.1 选题的背景及研究的意义 .......................................................................................1 1.2 液压支架国内外研究现状与发展............................................................................2 1.2.1 国外液压支架发展历程 .................................................................................2 1.2.2 国内液压支架技术现状 .................................................................................2 1.3 液压支架的设计方法及存在问题............................................................................3 1.3.1 液压支架的设计方法 .....................................................................................3 1.3.2 液压支架的存在问题 .....................................................................................4 1.4 本文的研究内容 ......................................................................................................5 1.5 本文的研究技术路线 ...............................................................................................5 1.6 本章小结 ..................................................................................................................5 2 液压支架的试验标准及应力测试 .................................................................................................... 6 2.1 液压支架的试验标准 ...............................................................................................6 2.1.1 液压支架简介.................................................................................................6 2.1.2 液压支架试验标准 .........................................................................................8 2.2 液压支架的应力测试 .............................................................................................10 2.2.1 测试原理 ......................................................................................................10 2.2.2 测试仪器 ......................................................................................................11 2.2.3 测试过程 ......................................................................................................11 2.2.4 数据测试与处理 ...........................................................................................13 2.3 本章小结 ................................................................................................................16 3 液压支架的三维建模 ......................................................................................................17 3.1 三维建模软件的选择 .............................................................................................17 3.2 液压支架的结构特点 .............................................................................................17 3.3 模型的简化 ............................................................................................................18 3.4 液压支架三维模型的建立 .....................................................................................19 3.4.1 底座模型的建立 ...........................................................................................19 3.4.2 掩护梁模型的建立 .......................................................................................20 3.4.3 顶梁模型的建立 ...........................................................................................20 3.4.4 前后连杆模型的建立 ...................................................................................21 3.5 液压支架的虚拟装配 .............................................................................................21 3.6 本章小结 ................................................................................................................22

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支顶掩护式液压支架顶梁、前梁及立柱设计

支顶掩护式液压支架顶梁、前梁及立柱设计

支顶掩护式液压支架顶梁、前梁及立柱设计摘要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。

综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。

液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。

液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁和四连杆机构，侧护板，底座，立柱，千斤顶。

设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。

在支撑掩护式的设计过程中，前梁、主顶梁、掩护梁和立柱等结构件的设计是重点。

本论文介绍了液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求，并且利用三维制图软件PRO/ENGINEER制作三维图，对液压支架进行动作仿真，更加形象的讲述了这种支架的方案和用途。

关键词：液压支架支护顶梁前梁液压支柱或支柱前言20世纪50年代前，在国内外煤矿生产中，基本上采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱铰接顶梁来支护顶板。

1954年英国首次研制出液压支架，目前，以液压支架为主体的地下综采设备，已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。

我国是煤炭生产大国，在20世纪60年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。

20世纪70年代我国从英、德、波兰和前苏联等国家引进数十套液压支架，经过使用、仿制和总结经验，到20世纪80年代以后我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和zz 系列等20多种不同规格的液压支架。

目前，在国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。

1980年起人们取得了对白移式液压支架的研制成功并逐步改进完善，进而普遍推广应用，使回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序全部实现综合机械化，煤矿取得了较大综合效益。

到20世纪90年代初，人们寻找到适合矿区资源条件的先进采煤方法，采用了放顶煤技术。

低位放顶煤液压支架是一种支持双输送机的支架架型，支架掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁，低位放顶煤液压支架一般为四柱支撑掩护式支架类型，这种架型有一个可以上下摆动的尾梁（摆动幅度45度左右），因此在摆动中可以松动煤层，并维持一个落煤的空间。

ZY2800型掩护式液压支架关键部件结构优化与有限元分析.doc

ZY2800型掩护式液压支架关键部件结构优化与有限元分析.doc

ZY2800型掩护式液压支架关键部件结构优化与有限元分析
液压支架是用来支护并管理矿井顶板的一种液压动力器械。

其支撑力来源于液体产生的压力,能够自动移架,是综采中必不可少的配套装置。

但是,液压支架存在耗材多,体积笨重,设计周期长,强度难以保证等缺点,这些都制约着液压支架的发展。

因此,液压支架的优化和强度的分析对支架的设计发展有着重要的意义。

本课题以ZY2800/14/28Z型掩护式液压支架为研究对象,对其关键部件进行优化设计及有限元分析。

本文根据优化设计理论,对液压支架的关键部件——顶梁进行结构优化,并且应用Visual Studio软件求解支架四连杆机构尺寸的最优值。

然后,通过SolidWorks软件建立支架的实体模型,同时对其进行运动仿真分析。

最后,利用分析软件ANSYS Workbench,对支架整体进行静强度分析,以此检验设计优劣并针对出现的问题对支架进行改进。

通过增加筋板厚度和增加筋板个数两种方案,对顶梁结构进行改进,降低最大应力值,选取安全系数比较大的方案,在满足强度的条件下,使得顶梁重量最终减小了约21%。

在底座薄弱位置增添辅助钢板,起到抵抗变形,减小应力的作用。

这种优化——分析——改进的研发流程提高了产品质量,缩短了设计周期,节约了设计成本。

基于有限元计算方法对液压支架掩护梁优化设计研究

基于有限元计算方法对液压支架掩护梁优化设计研究

0引言在当前，对煤炭开采的标准和细节要求不断提高，对于井下的安全性能、生产效率和经济收益要求也在不断提高，在这样的趋势下，支护问题成为了一个越来越受到关注的问题，也成为了开采工作的一个核心性问题，在这个过程中，液压支架掩护梁毫无疑问扮演者重要的角色。

支架支护是否安全、可靠，也与掩护梁有着密不可分的联系，ZY6400型液压支架结构性能好坏对于支护可靠性有着极大的影响，又特别是掩护梁常因载荷遭受损伤，因此如何对煤矿井下ZY6400型液压支架掩护梁的结构进行优化，提高其工作稳定和可靠性，成为煤矿企业迫切需要解决的核心关键问题[1]。

论文利用有限元分析方法对ZY6400型液压支架掩护梁进行优化研究，以期优化后的掩护梁满足矿井需求，确保矿井安全开采。

1有限元计算方法有限元计算时，发现变量和约束过多是掩护梁的典型特征，掩护梁在工作时不是孤立的，它和连杆、千斤顶以及顶梁都有着密切的联系，所以系统整体上看比较复杂，想要实现真正的优化依然是一件比较困难的事，而且采用原始的分析方法无法准确的分析和优化液压支架掩护[2,3]。

对于这种情况，采取什么样的计算方法就成为了重中之重，论文借鉴许多研究者采用的有限元数值分析方法来对液压支架掩护梁进行计算，通过众多例子和实践证明，有限元计算方法确实是一种有效的计算方式，具有良好的分析效果，具备控制变量条件、计算效率高以及最终结果真实靠谱等优点。

通过模型方式能够直观的查看、分析、判断，了解其应力的分布状况与规律，预测风险、规避风险，及时找出其中的相应隐患[4]，提前做好改进准备，这样可以让机构改进更具有科学性和说服力。

整个优化过程分为三个主要步骤：1）在SolidWorks中建起完善液压支架掩护梁三维模型，设置相应的变量和不变量，通过确定的分析，结合有关力学的原理对掩护梁应力分布规律进行模拟分析，最终得出应力分布结果[5]。

2）将SolidWorks中建立的三维模型导入到Simulation中，对其进行模块优化，设置相应的参数和边界条件，其中总载荷被设定为目标函数，并根据实际要求给出相应的变化范围，运用有关程序进行细致计算，逐层推进，最终找出问题的关键点[6]。

掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工作状况解析总结计划

掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工作状况解析总结计划

掩护式及支撑掩护式液压支架特征及工作状况剖析目前，综合机械化采煤技术在我国快速推行，很多地方和矿属的机械厂都纷繁制造采煤机和液压支架，很多中小型矿井甚至地方煤矿都采纳了综合机械化采煤技术。

液压支架是综合机械化采煤的主要设施之一，为帮助煤矿工程技术人员、管理人员和技术工人认识和更好地使用液压支架，本文对掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理、特征曲线及支撑能力进行剖析。

1、掩护式及支撑掩护式液压支架种类2、掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理掩护式及支撑掩护式液压支架有单铰式与双铰式两种主要种类。

单铰掩护式支架随采高的变化，顶梁尖端（铰点）环绕支架的后铰点作圆弧运动，所以支架的空顶距随采高的变化而变化，使支架前端无支护空间增大，不利于顶板控制。

（见图 2-1a）采纳带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式），随采高的变化顶梁尖端的运动曲线为双纽线，依据双纽线的特色，在设计中能够使顶梁尖端在采高范围内呈近似垂直层面的直线运动，以保证在支架有效采高范围内，使顶梁尖端距煤壁的距离不变。

别的，带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式）拥有蒙受水平力的能力。

（见图 2-1b）液压支架的液压系统由立柱、推移千斤顶、操控阀、控制阀（安全阀、液控单向阀）、软管等构成。

（见图 2－2）经过操控阀和控制阀，液压支架可达成以下动作(立刻支护式 )：a.降柱、拉架：采煤机经过该支架、顶板裸露后，立刻降柱、拉架；b.升柱：支架被拉到新地点后，升柱，使支架撑紧顶板；c.推溜：支架撑紧顶板后，利用推移千斤顶推溜。

初撑力与工作阻力（折服载荷）：升柱后，高压液体进入液压支架各立柱的活塞腔，立柱渐渐升起直至顶梁与顶板密切接触为止；与此同时，在立柱活塞腔内的高压液体的压力快速增大到液压泵的工作压力。

当高压液体充满活塞腔时，液控单向阀封闭，将高压液体锁在活塞腔内。

此时，工作在泵的工作压力下的高压液体压力称初撑压力，支架（全部立柱）对顶板的支撑力称初撑力。